플라스틱은 가볍고 물성이 뛰어나며 가공이 용이하면서도 낮은 가격 때문에 우리의 실생활에서 매일 사용되고 있다. 동시에 썩지 않는 특성 탓에 폐플라스틱에 의한 환경오염의 문제가 심해짐에 따라 전 세계적으로 일회용포장재 및 용기에 사용되는 플라스틱의 사용을 금지하는 규제 및 폐플라스틱을 재활용하려는 시도가 늘어나고 있다. 하지만 인류가 지난 수십 년간 생산한 플라스틱은 약 83억 톤이지만 이중 약 10%정도만 재활용 되었을 정도로 폐플라스틱의 재활용 비율은 미비하다. 특히, 최근 코로나 팬데믹으로 인해 택배 및 배달음식 주문량이 늘어남에 따라 플라스틱의 사용량이 급증하여 폐플라스틱의 재활용 필요성은 더욱더 커지고 있다. 본 기고문에서는 불균일 촉매를 이용한 수소첨가 폐플라스틱의 분해에 관한 최신 연구동향을 다루고자 한다. 안정적이고 반응성 및 선택성이 뛰어난 촉매 개발은 폐플라스틱의 효과적인 분해를 위해서 매우 중요하다.

최근 폐플라스틱의 사용량 증가와 미세플라스틱으로 인한 해양 오염 및 생태계 축적 등의 부정적인 영향으로 인해 플라스틱 업사이클링(upcycling) 및 리파이너리(refinery) 기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 화학적 재활용방법 중의 하나로, 폐플라스틱의 열분해를 통해서 재생 연료 및 화학물질을 생산하는 연구는 90년도에 활발히 진행된바 있고, 최근의 환경오염에 대한 대응으로서 다시 많은 관심을 받고 있다. 폐플라스틱을 효율적으로 분해하기 위해서는 촉매를 사용하여 분해 속도를 제어해 주어야 하며, 사용된 촉매의 특성에 따라 최종 생성물의 성상이 크게 달라진다. 본 기고문에서는 폐플라스틱의 촉매 열분해를 통해 가솔린, 디젤유 및 항공유와 같은 수송용 연료, 발전용 연료 혹은 방향족 화학 물질을 생산하는 기술들의 최신 연구 동향을 다루고 향후 전망에 대해 기술하고자 한다. 아울러 최근 몇 년간 많은 연구가 있었던 바이오매스와 폐플라스틱의 혼합열분해를 통한 하이브리드 촉매 공동 열분해 기술에 대해서도 다루고자 한다.

현재 인류는 플라스틱(plastic) 세상에 살고 있다. 의류, 식품, 주거 생활 곳곳에 플라스틱이 존재하며, 플라스틱이 없는 세상은 상상조차 할 수 없다. 하지만, 플라스틱 사용량 증가에 따른 폐플라스틱의 배출량의 증가는 심각한 환경문제들을 야기하여 생태계뿐만 아니라 인간에게도 위협이 되고 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 단순히 폐플라스틱의 처리에 그치지 않고, 이를 활용하여 새로운 고부가가치의 생성물을 제조하는 플라스틱 업사이클링(plastic upcycling) 시스템이 최근 주목을 받고 있으며, 현재 다양한 형태로 연구개발이 진행되고 있다. 그 중의 한가지로 본 기고문에서는 알칸 교차 복분해(cross alkane metathesis) 반응을 소개한다. 알칸 교차 복분해 반응은 수소화/탈수소화(hydrogenation/dehydrogenation) 반응과 올레핀 복분해(olefin metathesis) 반응으로 이루어져, 탈수소화 반응 후 생성된 이중결합 탄소를 갖는 두 개의 알켄 화합물이 자리바꿈을 통해 새로운 이중 결합을 형성하는 반응이다. 이 촉매반응 과정이 반복되면 저분자화된 새로운 알칸 화합물을 생성되는데, 이는 기존의 플라스틱 처리방식인 열분해 및 촉매분해 공정보다 낮은 반응온도를 요구한다. 또한 이를 통해 상대적으로 높은 순도의 가솔린 및 디젤을 생성할 수 있기 때문에 폐플라스틱 처리 공정의 새로운 대안기술이 될 수 있다. 본 기고문에서 폐플라스틱 중 가장 큰 비중을 차지하는 폴리에틸렌을 처리하는 대안기술로써 알칸 교차 복분해 반응의 메커니즘과 및 촉매의 역할, 그리고 반응성에 영향을 주는 인자에 대해 기술한다.

일반적으로 cross-link된 열경화성 에폭시수지는 유기용매에 용해되지 않고 열에 용융되지 않는 특성이 있다. 따라서 에폭시수지가 사용된 물질, 특히 탄소섬유강화플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)은 재활용이 어렵고, 사용 후 폐기물 처리에 막대한 비용이 소비되고 있다. 본 원고는 열경화성 에폭시수지 응용물 중 CFRP의 재활용을 중심으로 한 친환경적 재활용 기술에 관하여 정리하였다. 특히, CFRP의 구성요소인 탄소섬유(CF)와 기지재인 에폭시수지를 모두 재활용 할 수 있는 화학적 방법에 관하여 보고한다. 더 나아가 열경화성 에폭시수지의 화학적 분해물의 재이용기술에 관한 예를 소개한다.